1.信息就是位 + 上下文
當我們寫一個如下的hello.c程序時
源程序時由0和1組成的比特序列，8個比特是一個字節，每個字節表示程序中的某些文本字符，大部分計算機用ASCII標準表示文本字符，上面程序的ASCII碼如下
由上可見，每個字節都對應一個整數值，每個文本行都有一個\n符號
像Hello.c這樣只有ASCII字符構成的文件稱爲文本文件，其它的都叫二進制文件
系統中所有的信息，都是由一串比特表示的，在不同上下文中，一個同樣的字節序列由可能由不同的含義
2.程序被其它程序翻譯成不同的格式
爲了在系統上運行一個hello.c程序，需要將它轉換爲機器語言指令，然後這些指令按照一種可執行目標程序的格式打包，並以二進制形式存放到磁盤
在UNIX系統，我們可以用GCC來將源文件轉換爲目標文件，這裏分爲四個部分
2.1 預處理
C程序第一行一般是#開頭，比如上面以#include <stdio.h> 開頭就是告訴預處理器，讀取stdio.h中的內容並直接插入進來，結果的到一個hello.i的文本文件
2.2 編譯
將hello.i翻譯成彙編語言組成的hello.s，不同的高級語言的彙編語言輸出都是一種形式
2.3 彙編
彙編器把彙編語言翻譯成機器指令，並把這些指令打包成可重定位目標程序的格式保存在hello.o中，它是一個二進制文件了
2.4 鏈接
上面的程序中調用了標準C庫中的printf函數，printf存在於一個printf.o的單獨預編譯好的目標文件，鏈接器會把它合併到hello.o中，然後就成了一個可執行目標文件了
3.處理器讀並解釋存儲在內存中的指令
如果想執行上面的程序，我們只需要在Shell中:
在shell中，如果第一個單詞不是shell內置命令，那麼shell就會認爲它是可執行文件
3.1 系統的硬件組成
總線: 貫穿整個系統的電子管道，每次傳輸定長的字節數，像4個字節(32位)，8個字節(64位)，這種叫字長
IO設備: 系統與外部相連的叫IO設備，比如磁盤，IO設備通過IO總線連接
主存:臨時存儲設備，用來存放程序和程序處理的數據，由一組動態隨機存取存儲器(DRAM)芯片組成
處理器:解釋或執行存儲在主存中的指令，處理器的存在一個大小爲一個字(也就是上面的定長字節數)的存儲設備(或寄存器)，另外還有程序計數器(PC)始終指向主存中某條機器語言指令，PC圍繞着主存，寄存器文件，和算術/邏輯單元(ALU)進行
寄存器文件是一個小的存儲設備，有多個寄存器組成
CPU在指令的要求下可能會執行下面的動作
- 加載，從主存複製一個字節或者一個字到寄存器，覆蓋寄存器原有內容
- 存儲，從寄存器複製一個字節或一個字到主存，覆蓋主存原有內容
- 操作，把倆寄存器內容複製到ALU運算，完成後存放到一個寄存器
- 跳轉，從指令本身抽取一個字放到PC中
3.2 運行hello程序
- 當我們輸入./hello，shell程序將字符讀入寄存器，然後放到主存
- 敲下回車，shell執行一系列指令來加載可執行hello文件，這些指令將hello目標文件的代碼和數據從磁盤複製到主存
- 處理器開始執行hello程序，指令將print輸出的字符串中的字節從主存複製到寄存器，然後再從寄存器到顯示設備
4.高速緩存至關重要
指令從主存和處理器之間來回遷移，必然效率較低，因而開發了L1 L2 L3多級緩存，通過局部性原理提高緩存命中率，可以大大提高效率
5.操作系統管理硬件
我們的程序並沒有直接訪問鍵盤，顯示器，磁盤，或主存，而是通過操作系統提供服務，操作系統由一些基本的抽象概念
5.1進程
操作系統對一個正在運行程序的一種抽象，操作系統會跟蹤進程運行所需的狀態信息，也就是上下文，比如程序計數器和寄存器中當前的值，主存中的內容，單核處理器同時只能執行一個進程，會不斷進行上下文切換，一個進程可以由多個線程
5.2虛擬內存
它爲每個進程提供了一種假象，每個進程看到的內存都是一致的
5.3文件
文件就是字節序列，每個IO設備，包括磁盤，網絡等都可以看作是文件
6.重要概念
6.1 Amdahl定律
意思是要想顯著加速整個系統，必須提升全系統中相當大部分的速度
6.2 併發和並行
- 線程級併發
- 指令級並行，當今的處理器一個時鐘週期可以處理多個指令，靠的就是指令級並行
- 單指令，多數據並行 一條指令分成多個並行執行的操作
6.3 計算機系統中抽象的重要性
抽象使我們只關注接口，而不需要關注底層，比如文件是IO的抽象，虛擬內存是存儲的抽象，進程是正在運行的程序的抽象